CN102569570A - 一种近红外无机量子点电致发光器件及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种近红外无机量子点电致发光器件，由衬底、阳极电极层、发光层和阴极电极层依次堆叠而成，其中发光层为单层无机量子点薄膜，该发光器件的制备方法是，通过旋涂工艺在透明衬底的阳极电极层上，制备单层无机量子点薄膜作为发光层，最后通过热蒸发法制备阴极电极层。本发明的优点是，采用单层无机量子点薄膜作为发光层，在直流电压驱动下实现近红外光发射，发光中心波长为1580纳米，器件的发光光谱单色性好、光学稳定性高，器件工作寿命长，功耗低，同时整个器件结构简单，制备成本低廉。

Description

一种近红外无机量子点电致发光器件及制备方法

技术领域

本发明涉及电子半导体元器件技术领域，特别涉及一种近红外无机量子点电致发光器件及其制备方法。

背景技术

广义的纳米材料是指在三维空间中至少有一个维度处于纳米尺度的范围，而当材料的特征尺寸在三个维度上都等于或小于电子的德布罗意波长或者电子平均自由程时，电子在材料中的运动受到了三维限制，也就是说电子的能量在三个维度上均被量化，我们称这种材料为量子点。量子点由于尺寸在纳米量级，表现出量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应以及库仑阻塞效应等，从而展现出许多异于体材料的电子和光学特性，具有良好的光化学稳定性，发光寿命长，发光效率高等优点。我们还可以通过改变量子点的粒径大小，很容易的调节量子点的发射光谱的位置。

电致发光是指电场作用于半导体材料诱导的发光，其本质是将电能转换为光能的过程，属于注入式发光。在器件两端加上正向电压的情况下，空穴和电子分别从阳极和阴极注入，在无机量子点发光层复合产生发光。无机量子点电致发光器件，将电致发光应用于无机量子点，有望获得长寿命、高效率、高稳定性的发光器件，此类器件成本低、易加工、并可实现柔性和大面积生产。无机量子点稳定的化学性质，不但寿命长，而且其不易被氧化，整个生产过程无需在真空条件或惰性气体保护下进行，又可以大大降低生产成本。

随着对红外光谱研究认识的深入，使得涉及红外光的领域不断扩大。由于近红外在光纤通信中的潜在应用，使得近红外发光器件备受关注。目前，在中国专利报道的近红外电致发光器件采用红外荧光染料、II-VI族半导体纳米粒子和导电聚合物组成的三源共混物作为聚合物发光层，器件结构采用铟锡氧化物ITO//PEDOT:PSS//聚合物发光层//金属阴极四层结构(中国专利，公开号CN1970681)。本发明应用单层无机量子点薄膜作为发光层，并采用阳极电极层//发光层//阴极电极层三层结构，具有发光光谱单色性好、光学稳定性高、制备工艺简单、直流电压驱动、功耗低等优点。

发明内容

本发明的目的是针对以上分析，提供近一种红外无机量子点电致发光器件及制备方法，该发光器件发光光谱单色性好、光学稳定性高，其制备工艺简单、直流电压驱动、功耗低。

本发明技术方案：

一种近红外无机量子点电致发光器件，由透明衬底、阳极电极层、发光层和阴极电极层依次堆叠构成，阳极层为透明导电金属氧化物，发光层为单层无机量子点薄膜，阴极电极层为导电金属。

所述透明衬底为玻璃。

所述阳极电极层透明导电金属为氧化铟锡ITO。

所述单层无机量子点薄膜为非化学质量比的无机量子点硫化铅PbS量子点、硫化二银Ag₂S量子点或硒化铅PbSe量子点，所述量子点颗粒直径小于4纳米。

所述阴极电极层为导电金属铝Al或镁Mg。

一种所述近红外无机量子点电致发光器件的制备方法，步骤如下：

1)将细条状的防腐蚀胶带粘贴在透明衬底的ITO阳极电极层，用稀盐酸将透明衬底上的ITO阳极电极层没有粘有防腐蚀胶带的部分腐蚀掉，然后去除透明衬底上的ITO阳极电极层的防腐蚀胶带，得到细条状ITO阳极电极层，将其依次用超纯水、洗涤剂、丙酮、异丙醇和无水乙醇进行超声清洗5-10分钟，然后放入真空干燥箱中，在0.1个大气压下烘干2-3小时，烘干温度为120℃；

2)将量子点溶于氯仿溶液，并用超声设备使量子点在氯仿溶液中充分分散，其中量子点在氯仿溶液中的浓度为1.5-3毫克/毫升；

3)用匀胶机在清洗处理之后的阳极电极层上旋涂一层上述量子点氯仿溶液作为无机量子点发光层，匀胶速度为每分钟500-1000转，时间为4-10秒，旋涂之后置于真空干燥箱中，在0.1个大气压下烘干20-30小时，烘干温度为70-90℃；

4)用真空热蒸发法制备阴极层，工艺条件是在9E10-4的真空下，以每秒1-3纳米的速率蒸渡。

本发明的优点：

由本发明制备的无机量子点近红外电致发光器件，采用无机量子点薄膜作为单独发光层，在直流电压驱动下，实现了近红外光发射，器件的发光光谱单色性好、光学稳定性高，器件工作寿命长，功耗低；发光层采用旋涂工艺制备，简化了制备工艺，降低了器件生产成本。

附图说明

图1为近红外无机量子点电致发光器件结构示意图。

图中：1.衬底2.阳极电极层3.发光层4.阴极电极层

图2为该近红外无机量子点电致发光器件的电致发光光谱图。

具体实施方式

图1为近红外无机量子点电致发光器件结构示意图，该器件由衬底1，阳极电极层2，发光层3和阴极电极层4依次堆叠而成。

实施例1：

一种所述近红外无机量子点电致发光器件的制备方法，步骤如下：

1)将细条状的防腐蚀胶带粘贴在透明玻璃衬底的氧化铟锡ITO阳极电极层，用水和盐酸体积比为3∶1的稀盐酸将透明衬底上的ITO阳极电极层没有粘有防腐蚀胶带的部分腐蚀掉，得到细条状ITO阳极电极层，然后去除透明衬底上的ITO阳极电极层的防腐蚀胶带，将其依次用超纯水、普通家用洗洁精、丙酮、异丙醇和无水乙醇进行超声清洗5分钟，接着放入真空干燥箱中，在0.1个大气压下烘干2小时，烘干温度为120℃；

2)将硫化铅PbS量子点材料溶于氯仿溶液，并用超声设备使硫化铅PbS量子点在氯仿溶液中充分分散，其中硫化铅PbS量子点在氯仿溶液中的浓度为1.5毫克/毫升；

3)用匀胶机在处理之后的阳极电极层上旋涂一层上述量子点氯仿溶液作为无机量子点发光层，匀胶速度为每分钟500转，时间为4秒，旋涂之后需在真空干燥箱中烘干，烘干条件为在0.1个大气压下烘干30小时，烘干温度为70℃；

4)用真空热蒸发法制备阴极电极层铝Al，在真空度达到9×10^-4帕斯卡时将阴极电极层蒸镀在发光层上，速度控制在1.5纳米/秒。

图1为近红外无机量子点电致发光器件结构示意图，该器件由衬底1、阳极电极层2、发光层3和阴极电极层4依次堆叠而成。

对于上述制备的无机量子点近红外电致发光器件，对其施加正向直流偏压时器件获得近红外波段发光。图2为该器件采用PbS量子点薄膜作为发光层的器件，在正向8V直流电压下的电致发光光谱，由JY-稳态-瞬态荧光光谱仪检测。图中显示，电致发光光谱中心波长为1580纳米，处在近红外波段。

实施例2：

一种所述近红外无机量子点电致发光器件的制备方法，步骤如下：

1)将细条状的防腐蚀胶带粘贴在透明玻璃衬底的氧化铟锡ITO阳极电极层，用水和盐酸体积比为3∶1的稀盐酸将透明衬底上的ITO阳极电极层没有粘有防腐蚀胶带的部分腐蚀掉，得到细条状ITO阳极电极层，然后去除透明衬底上的ITO阳极电极层的防腐蚀胶带，将其依次用超纯水、普通家用洗洁精、丙酮、异丙醇和无水乙醇进行超声清洗8分钟，接着放入真空干燥箱中，在0.1个大气压下烘干2.5小时，烘干温度为120℃；

2)将硫化二银Ag2S量子点材料溶于氯仿溶液，并用超声设备使硫化二银Ag2S量子点在氯仿溶液中充分分散，其中硫化二银Ag2S量子点在氯仿溶液中的浓度为3毫克/毫升；

3)用匀胶机在处理之后的阳极电极层上旋涂一层上述量子点氯仿溶液作为无机量子点发光层，匀胶速度为每分钟800转，时间为8秒，旋涂之后需在真空干燥箱中烘干，烘干条件为在0.1个大气压下烘干20小时，烘干温度为90℃；

4)用真空热蒸发法制备阴极电极层铝Al，在真空度达到9×10^-4帕斯卡时将阴极电极层蒸镀在发光层上，速度控制在3纳米/秒。

该实施例制备的无机量子点近红外电致发光器件，其8V正向直流偏压电致发光光谱显示效果与实施例1相同。

实施例3：

一种所述近红外无机量子点电致发光器件的制备方法，步骤如下：

1)将细条状的防腐蚀胶带粘贴在透明玻璃衬底的氧化铟锡ITO阳极电极层，用水和盐酸体积比为3∶1的稀盐酸将透明衬底上的ITO阳极电极层没有粘有防腐蚀胶带的部分腐蚀掉，得到细条状ITO阳极电极层，然后去除透明衬底上的ITO阳极电极层的防腐蚀胶带，将其依次用超纯水、普通家用洗洁精、丙酮、异丙醇和无水乙醇进行超声清洗10分钟，接着放入真空干燥箱中，在0.1个大气压下烘干3小时，烘干温度设置为120℃；

2)将硒化铅PbSe量子点材料溶于氯仿溶液，并用超声设备使硒化铅PbSe量子点在氯仿溶液中充分分散，其中硒化铅PbSe量子点在氯仿溶液中的浓度为2毫克/毫升；

3)用匀胶机在处理之后的阳极电极层上旋涂一层上述量子点氯仿溶液作为无机量子点发光层，匀胶速度为每分钟1000转，时间为10秒，旋涂之后需在真空干燥箱中烘干，烘干条件为在0.1个大气压下烘干30小时，烘干温度为80℃；

4)用真空热蒸发法制备阴极电极层镁Mg，在真空度达到9×10^-4帕斯卡时将阴极电极层蒸镀在发光层上，速度控制在2纳米/秒。

该实施例制备的无机量子点近红外电致发光器件，其8V正向直流偏压电致发光光谱显示效果与实施例1相同。

Claims (6)

1.一种近红外无机量子点电致发光器件，其特征在于：由透明衬底、阳极电极层、发光层和阴极电极层依次堆叠构成，阳极层为透明导电金属氧化物，发光层为单层无机量子点薄膜，阴极电极层为导电金属。

2.根据权利要求1所述近红外无机量子点电致发光器件，其特征在于：所述透明衬底为玻璃。

3.根据权利要求1所述近红外无机量子点电致发光器件，其特征在于：所述阳极电极层透明导电金属为氧化铟锡ITO。

4.根据权利要求1所述近红外无机量子点电致发光器件，其特征在于：所述单层无机量子点薄膜为非化学质量比的无机量子点硫化铅PbS量子点、硫化二银Ag₂S量子点或硒化铅PbSe量子点，所述量子点颗粒直径小于4纳米。

5.根据权利要求1所述近红外无机量子点电致发光器件，其特征在于：所述阴极电极层为导电金属铝Al或镁Mg。

6.一种如权利要求1所述近红外无机量子点电致发光器件的制备方法，其特征在于步骤如下：

1)将细条状的防腐蚀胶带粘贴在透明衬底的ITO阳极电极层，用稀盐酸将透明衬底上的ITO阳极电极层没有粘有防腐蚀胶带的部分腐蚀掉，然后去除透明衬底上的ITO阳极电极层的防腐蚀胶带，得到细条状ITO阳极电极层，将其依次用超纯水、洗涤剂、丙酮、异丙醇和无水乙醇进行超声清洗5-10分钟，然后放入真空干燥箱中，在0.1个大气压下烘干2-3小时，烘干温度为120℃；

2)将量子点溶于氯仿溶液，并用超声设备使量子点在氯仿溶液中充分分散，其中量子点在氯仿溶液中的浓度为1.5-3毫克/毫升；

3)用匀胶机在清洗处理之后的阳极电极层上旋涂一层上述量子点氯仿溶液作为无机量子点发光层，匀胶速度为每分钟500-1000转，时间为4-10秒，旋涂之后置于真空干燥箱中，在0.1个大气压下烘干20-30小时，烘干温度为70-90℃；

4)用真空热蒸发法制备阴极层，工艺条件是在9E10^-4的真空下，以每秒1-3纳米的速率蒸渡。

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